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| 本文作者： 王剛 | 2021-07-25 19:31 |
7月17日-18日，國際數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)大會前沿會議（KDD Pre-Conference）在成都開幕。京東集團(tuán)副總裁、IEEE Fellow鄭宇博士在本次組織換屆中當(dāng)選為新一屆KDD China主席。
會上，鄭宇博士做了題為《智能城市操作系統(tǒng)》的現(xiàn)場演講，詳細(xì)闡釋了智能城市操作系統(tǒng)的五大特征。他提到，智能城市操作系統(tǒng)是新基建的核心內(nèi)容之一，是智能城市建設(shè)的底座和數(shù)字基石。
據(jù)介紹，智能城市操作系統(tǒng)的五大特征分別是：數(shù)據(jù)直通車解決城市全域數(shù)據(jù)匯聚問題，時(shí)空數(shù)據(jù)引擎應(yīng)對海量數(shù)據(jù)管理問題，時(shí)空智能引擎解決數(shù)據(jù)支撐賦能弱的問題，聯(lián)邦數(shù)字網(wǎng)關(guān)解決數(shù)據(jù)互通不足的問題，莫奈視窗解決城市數(shù)字孿生問題。
演講中，鄭宇博士分享了他的洞察，并透露了出版兩本暢銷書的心得、感受。
以下為原文，雷鋒網(wǎng)做了不改變原意的編輯整理。
非常高興能夠回到母校，我在這兒讀書九年，現(xiàn)在也是西南交通大學(xué)的兼職教授和博導(dǎo)，所以我從來就沒有離開過交大。今天借這個機(jī)會分享一下我們最近的進(jìn)展。我今天題目叫做《智能城市操作系統(tǒng)》，這也是我們在雄安及其他一系列城市落地的成果。
數(shù)據(jù)被列為第五個生產(chǎn)要素，前四大分別是土地、勞動力、資金和技術(shù)，每一個生產(chǎn)要素都導(dǎo)致了行業(yè)的巨大變革。
既然數(shù)據(jù)作為生產(chǎn)要素，哪里的數(shù)據(jù)最多？現(xiàn)在城市里面因?yàn)閳鼍岸?、用戶多，所以產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也最多，而政府作為數(shù)據(jù)的管理者，有責(zé)任、有動力，我相信也有能力來管理好和使用好數(shù)據(jù)這一生產(chǎn)要素。
當(dāng)然，做這個事情的時(shí)候，由于缺乏一個有力的平臺和工具，也面臨以下三大困難：
1）數(shù)據(jù)壁壘問題，各個部門的數(shù)據(jù)在各自的服務(wù)器內(nèi)部要打通很難，有的東西可能因?yàn)檎咴蛩斜Ｃ艽胧?，也不能直接物理匯聚到一個地方。
2）現(xiàn)在有一些大數(shù)據(jù)平臺、云計(jì)算平臺，但并不是為智能城市專屬設(shè)計(jì)的。云計(jì)算可以支持語音、文本、視覺分析，但并不直接支持諸如交通流量預(yù)測、空氣質(zhì)量分析、充電樁選址等系列工作。
3）以往在建設(shè)智能城市的時(shí)候，往往是一個特別大的項(xiàng)目拆成很多小包，由不同的公司用各自的技術(shù)系統(tǒng)分別搭建，搭建完畢之后系統(tǒng)之間相互不關(guān)聯(lián)，就造成了數(shù)據(jù)孤島，但也很難有一家公司靠一己之力把整個城市里面所有問題都解決掉。
為了應(yīng)對這三個挑戰(zhàn)，我們就提出了智能城市操作系統(tǒng)。
這是我們過去15年的積淀，從城市計(jì)算的理論體系到最近3年的產(chǎn)業(yè)化，我一直就在做這個事情。怎么定位呢？
它（指智能城市操作系統(tǒng)）是在云的上面、“腦”的下面，它是智能城市的數(shù)字基石。我們來做一個簡單的類比：如果把云比成我們的PC（因?yàn)樵评锩嬗杏?jì)算和存儲單元，就跟PC機(jī)里面有主板、有芯片是一個道理），我們的PC上面有個操作系統(tǒng)，沒有這個操作系統(tǒng)的話，去開發(fā)軟件成本是很高的，可擴(kuò)展性很低。
在云上面，以前是沒有這樣一個專門為智能城市打造的操作系統(tǒng)的，因此我們就推出了智能城市操作系統(tǒng)，它就相當(dāng)于PC機(jī)上面的操作系統(tǒng)，有了操作系統(tǒng)之后，我們才搭建了辦公等的應(yīng)用，才會有更多的生態(tài)企業(yè)進(jìn)來，基于統(tǒng)一底座共同高效地開發(fā)。未來城市的交通大腦、環(huán)境大腦就是我們智能城市操作系統(tǒng)的一個應(yīng)用。
如何清楚地描述智能城市操作系統(tǒng)到底是什么？它不是系統(tǒng)集成，不是云，不是“腦”和中樞，不控制城市，它是智能城市的數(shù)字基石，這就是智能城市操作系統(tǒng)。
那么這個操作系統(tǒng)到底有什么亮點(diǎn)和價(jià)值呢？我們總結(jié)下來，有這五大方面的亮點(diǎn)和價(jià)值：
1）能夠?qū)θ驍?shù)據(jù)進(jìn)行感知和匯聚，這個其實(shí)很難。
2）能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行高效的管理，尤其是對城市里面的時(shí)空數(shù)據(jù)，我們能夠提供比業(yè)界高10-100倍速度的查詢效率。
3）專門為智能城市打造的AI引擎，它不是通用的自然語言處理、語音識別和人臉識別算法，而是為智能城市專屬定制的算法模型。
4）聯(lián)邦數(shù)字網(wǎng)關(guān)。怎么樣在數(shù)據(jù)不出庫的情況下做聯(lián)合的建模，這是一個特別關(guān)鍵的安全技術(shù)。
5）數(shù)字孿生，這相當(dāng)于操作系統(tǒng)跟人的一個交互的界面。如果Windows沒有視窗系統(tǒng)的話，那它就是個Dos，就是命令行，系統(tǒng)強(qiáng)大的能力是不能得以展現(xiàn)的，所以數(shù)字孿生一方面去接收人的反饋，一方面把計(jì)算結(jié)果展現(xiàn)出來，形成一個良好的可視化交互界面。
這里，提一下數(shù)據(jù)的感知和接入。
城市的數(shù)據(jù)紛繁復(fù)雜，尤其是政府內(nèi)部每個委辦局的垂直系統(tǒng)都是由不同的公司在不同年代開發(fā)的，這些公司有的可能都已經(jīng)不存在了，要去接這些數(shù)據(jù)本身就很難，它的接口不一致、應(yīng)用系統(tǒng)不一致，那怎么辦呢？
如果每一個系統(tǒng)都要去開發(fā)，花大量的成本去定制，這一定是很難有擴(kuò)展性的，因此我們就提出了一個自動化和半自動化結(jié)合的方式，能夠自動去識別各種數(shù)據(jù)接口，自動接入各種各樣的數(shù)據(jù)，用低代碼或者是無代碼的方法高效接入、安全穩(wěn)定接入各種各樣的數(shù)據(jù)。
在雄安，我們就用的這個技術(shù)——看上去簡單，但是是最難的一部分，這也是我們過去兩年多做了大量的應(yīng)用和系統(tǒng)之后，歸納總結(jié)出來的一個方法、沉淀出的一套很好的工具，這叫“數(shù)據(jù)直通車”。也就是說，只要城市里有數(shù)據(jù)，我們就能接，無論是政務(wù)的、IoT的還是視覺、語音文本的，都能高效接入?，F(xiàn)在雄安的這套系統(tǒng)，把五十多個委辦局所有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)都接入，跑在我們的平臺之上。
關(guān)于如何對數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的管理，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)一下我們對于時(shí)空數(shù)據(jù)的管理。
城市里面有大量時(shí)空數(shù)據(jù)，這個量有多大呢？比視頻、語音、文本和政務(wù)數(shù)據(jù)都要大很多，我們的很多數(shù)據(jù)都是有時(shí)間屬性和空間坐標(biāo)的時(shí)空數(shù)據(jù)，包括電網(wǎng)、路網(wǎng)、飛機(jī)軌跡，所有的能源消耗、IoT、環(huán)境都是時(shí)空數(shù)據(jù)。大概算了一下，一個城市里面一天的時(shí)空數(shù)據(jù)的量比一個城市過去十年的政務(wù)數(shù)據(jù)的總和都要多，所以現(xiàn)在其實(shí)還沒有哪個政府能夠真把這些時(shí)空數(shù)據(jù)都接入，現(xiàn)在屬于接不住、管不好，用不了、看不清的一個狀態(tài)。
如果城市里面大量數(shù)據(jù)是時(shí)空數(shù)據(jù)，而智慧城市又不去管理和處理它，整個智慧城市數(shù)據(jù)的價(jià)值要素的價(jià)值就沒有發(fā)揮出來。
針對這個現(xiàn)狀，我們做了一系列的工作：首先提出了六個時(shí)空數(shù)據(jù)模型，能夠用這個數(shù)據(jù)模型，把城市里面看似紛繁復(fù)雜的各類數(shù)據(jù)都裝下，裝下來以后，針對每一類模型的設(shè)計(jì)、特有的管理算法和分析挖掘算法，保證數(shù)據(jù)的一致性。
其次，我們把這些數(shù)據(jù)模型、時(shí)空索引技術(shù)和分布式技術(shù)進(jìn)行結(jié)合。
以前算力不夠的時(shí)候，大家就會去堆機(jī)器做并行和分布式，這是一條路徑，但是如果能夠把時(shí)空索引技術(shù)跟分布式進(jìn)行結(jié)合，就可以用更少的機(jī)器、更少的資源做更高效的計(jì)算，而這些高效的計(jì)算帶來的并不僅僅只是效率和時(shí)間，甚至是生命。
城市操作系統(tǒng)里的AI技術(shù)，有以下三個亮點(diǎn)：
1）城市里大量數(shù)據(jù)是時(shí)空數(shù)據(jù)，有周期性、臨近性和趨勢性，也有空間的距離、層次等屬性，我們作時(shí)空AI建模時(shí)就要把這些屬性考慮進(jìn)來。
2）城市里面，我們往往要用到多種數(shù)據(jù)的融合，而不是單一數(shù)據(jù)。比如做交通流量預(yù)測，除了交通本身，我們還用到氣象甚至事件，還有周邊的學(xué)校和廠礦信息，都需要把很多數(shù)據(jù)融合在一起。
3）把能力沉淀下來，變成模塊，放到平臺里面開放。早年間的PM2.5預(yù)測是用傳統(tǒng)的物理學(xué)和機(jī)理模型做的，準(zhǔn)確率只有60%。在行業(yè)里面，專家告訴我們有30年沒有技術(shù)突破。后面我們通過大數(shù)據(jù)和人工智能方法把這個精度從60%提到80%，提高了20個百分點(diǎn)，然后推廣到中國的300多個城市。后來我們把這些能力沉淀成模塊，放到城市操作系統(tǒng)里開放出來給第三方使用，利用這些模塊就像搭積木一樣，只需要1人兩天時(shí)間就可以搭建出一個類似的應(yīng)用。
我們也是一邊做理論，一邊做實(shí)踐。我們一直強(qiáng)調(diào)“頂天立地”，給學(xué)生說論文的題目一定是來自于實(shí)際的工程項(xiàng)目，所以是從實(shí)際的工程中抽練抽象題目，完成之后落地應(yīng)用，有了結(jié)果之后再去發(fā)表論文，其實(shí)這本是論文的本質(zhì)。發(fā)表論文無非是跟同行去分享我們的經(jīng)驗(yàn)，推動整個行業(yè)的進(jìn)步，所以我希望未來各位同學(xué)也能夠按照這個理念去做研究，就一定能越做越好。
關(guān)于聯(lián)邦數(shù)字網(wǎng)關(guān)，楊強(qiáng)老師的團(tuán)隊(duì)在國際上面是非常領(lǐng)先的，在政府應(yīng)用場景里面也是非常有需求的。
政府有很多部門的數(shù)據(jù)，像公安、財(cái)稅的都是垂直匯報(bào)，你想完全把它集中到一個物理機(jī)房，不太可行，也沒有必要。政府有時(shí)候想跟企業(yè)之間建立關(guān)系，利用企業(yè)和政府的數(shù)據(jù)來聯(lián)合做一件事情。
大眾如何理解聯(lián)邦學(xué)習(xí)？
我們?nèi)绻巡煌臋C(jī)構(gòu)表示成不同的麥田，這個機(jī)構(gòu)里的數(shù)據(jù)就是這個麥田里的小麥。那么首先把兩個聯(lián)邦數(shù)字網(wǎng)關(guān)分別放在兩個麥田的內(nèi)部，用這個磨麥機(jī)把小麥進(jìn)行粗加工，變成了面粉，這個面粉是不能回溯出你小麥本身的品質(zhì)的，因?yàn)檫@是個不可逆的過程，它不是加密，不是可以解密的。
然后我們把這個小麥的面粉拿出來，加上水和成面做成那個包子，這個包子就是我們想要的應(yīng)用數(shù)據(jù)，但是我們從包子里面看不到小麥的任何信息，原始數(shù)據(jù)是沒有離開這個場景的各自的機(jī)房的，這就是我們一個簡單的聯(lián)邦學(xué)習(xí)的示意，但其實(shí)比它要更加嚴(yán)謹(jǐn)。
我們第一個案例是跟聯(lián)通智慧足跡做的。
大家知道，聯(lián)通有很多線下的營業(yè)網(wǎng)點(diǎn)，位置都特別好，往往都在市中心，但是現(xiàn)在大家很少去營業(yè)廳辦理業(yè)務(wù)了，基本上手機(jī)辦理，那些資源就閑置了，所以聯(lián)通會覺得這么好的資源怎么重新利用呢？
他們想的辦法是拿出一些營業(yè)廳出來改造成一些智能的網(wǎng)點(diǎn)，什么叫智能網(wǎng)點(diǎn)呢？加入一些先進(jìn)的電子化設(shè)備讓大家體驗(yàn)，但是這個區(qū)域的人到底喜歡什么樣的電子化設(shè)備呢？其實(shí)聯(lián)通是不知道的，如果你在一個學(xué)生聚集的區(qū)域，假設(shè)學(xué)生比較喜歡小米的產(chǎn)品，我們?nèi)シ帕撕芏嗵O果的設(shè)備，就沒有人去體驗(yàn)，只要有人去體驗(yàn)它就可以轉(zhuǎn)化。
那問題又來了，怎么樣考慮用戶的購買行為和興趣，以及結(jié)合聯(lián)通用戶本身的分布情況，既考慮存量用戶也考慮增量用戶，來選出有限的網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行改造？并使得改造之后的收益獲客率最大化？這就變成一個問題了。
基于京東多年的知識庫的沉淀，所以把兩個數(shù)據(jù)庫進(jìn)行聯(lián)合建模，兩邊各自算，算完之后得到一個值，做一些排名算法或者預(yù)測算法，就可能得到一個結(jié)果，這就是一個典型的案例。
楊強(qiáng)老師這兩年帶領(lǐng)我們?nèi)プ稣麄€國際的標(biāo)準(zhǔn)，這也是咱們?nèi)A人的驕傲。另外，現(xiàn)在我們的聯(lián)邦數(shù)字網(wǎng)關(guān)也通過了信創(chuàng)和公安部的認(rèn)證，我想未來中國也會走自主研發(fā)、自主可控的道路。
莫奈視窗是非常大的亮點(diǎn)，這個就相當(dāng)于Windows視窗，如果Windows沒有視窗，就是Dos，這里面我們的莫奈視窗可以支持非常高效地通過拖拉拽的方法構(gòu)建我們各種各樣的展示和應(yīng)用，但它不只是個簡單展示，它一方面要展現(xiàn)結(jié)果，另一方面要接受反饋，還要去對下層的這種設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行指導(dǎo)。
大家都聽過一個數(shù)字孿生的概念，其實(shí)莫奈就是支持?jǐn)?shù)字孿生的一個最好的工具，但數(shù)字孿生可能不同的人有不同的理解，我們也做了很多年，最后我也分享下我們的觀點(diǎn)。數(shù)字孿生有三個境界，三個層級。
第一個層級就是把物理世界在虛擬世界進(jìn)行1:1的建模，比如說這邊有一棟樓、一個大廳，這個大廳有多大、多少把椅子、椅子材質(zhì)、廠家是誰、哪個年代，全部數(shù)字化，但這只是第一層的，大家說這不就是3D地圖嗎？我也不認(rèn)為這是數(shù)字孿生。
第二層，物理世界里面已經(jīng)有大量的動態(tài)信息，比如說人流、車流信息，這種動態(tài)信息如何疊加過來，這就難了，因?yàn)檫@個量很大。如果把信息加載到我們的數(shù)字孿生體系里面來，你下面沒有強(qiáng)大的處理引擎、管理引擎，你連接都接不住，就更不要說看了，所以第二層就是要把大量的動態(tài)信息接入。
第三，對這些信息進(jìn)行分析和挖掘，產(chǎn)生決議，這個知識一定要去指導(dǎo)我們的行為，反控物理世界，指導(dǎo)物理世界人的真實(shí)的行為，比如說改變我們的出行軌跡、改變閘機(jī)開放狀態(tài)、改變紅綠燈信號、改變道路規(guī)劃的線路等等，這樣才形成了閉環(huán)，
三點(diǎn)都做到了，才叫真正的數(shù)字孿生。
江蘇南通之前有105個指揮中心，我們在當(dāng)?shù)貛椭ê檬杏蛑卫憩F(xiàn)代化指揮中心后，把105個指揮中心全部打通，實(shí)現(xiàn)了四級聯(lián)動指揮，數(shù)據(jù)全部共享，然后做了大量的應(yīng)用，包括他們的消費(fèi)、經(jīng)濟(jì)、人流，全部都可以數(shù)字化，這樣的治理就會非常高效。
南通的輕紡業(yè)是最大的支柱產(chǎn)業(yè)，但輕紡業(yè)的產(chǎn)業(yè)怎么發(fā)展？怎么布局？政府的資金怎么下?lián)?？可能并不完全清楚，政府的?shù)據(jù)也不全，光靠經(jīng)信委、發(fā)改委、財(cái)政的數(shù)據(jù)也只是一個維度，我們還要結(jié)合一些互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)，這個時(shí)候就需要用到聯(lián)邦學(xué)習(xí)了，建完之后我們還要加什么呢？還要加行業(yè)專家的知識。
做數(shù)據(jù)科學(xué)的人可能并不那么懂經(jīng)濟(jì)。懂宏觀經(jīng)濟(jì)的人可能不太懂大數(shù)據(jù)、人工智能，所以我們是把這個平臺做好之后，給我們的行業(yè)專家提供一套非常便利的工具，快速提煉他想要的各種指標(biāo)，再結(jié)合專業(yè)知識寫出這個報(bào)告。我們并不是用AI去寫報(bào)告，而是用AI輔助經(jīng)濟(jì)學(xué)家來寫出高質(zhì)量的報(bào)告，這就是我們創(chuàng)新。
在南通，?；奋囕v是一個大問題，南通有兩千多家?；菲髽I(yè)，但應(yīng)急管理的工作人員遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，根本管不過來，一旦危化品發(fā)生爆炸，對整個城市的隱患是極大的，那怎么辦呢？
我們有很多智能分析的方法，比如通過分析這些?；奋囕v的軌跡，找到它的駐留點(diǎn)，再把駐留點(diǎn)去跟周邊的?；菲髽I(yè)進(jìn)行匹配，如果在一些沒有?；菲髽I(yè)的地方?？苛?，要不是吃飯和加油的話，很可能是在非法的去拉一些黑工廠的?；罚@就是人工智能分析。通過數(shù)據(jù)結(jié)合，每一個禮拜南通都靠這個技術(shù)抓到5-6家非法復(fù)工的?；菲髽I(yè)或者是黑工廠，有大量的實(shí)戰(zhàn)成果。這也是中國第一個市域治理現(xiàn)代化指揮中心。
目前，智能城市操作系統(tǒng)其實(shí)在雄安、南通、北京很多地方都在落地，20多個城市在使用，除了這些落地場景之外，我們也在學(xué)術(shù)上去推進(jìn)。比如說京東智能城市牽頭承擔(dān)“國家物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市重大專項(xiàng)”，是互聯(lián)網(wǎng)公司第一家做牽頭單位的，同時(shí)，我們正在牽頭制定國際的智能城市操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。
過去兩年，我也有兩本書出版，一本是有關(guān)軌跡計(jì)算，據(jù)說是Springer旗下華人面最暢銷的十本計(jì)算機(jī)圖書；另外一個就是我們《城市計(jì)算》這本書，我也是寫完這本書才來業(yè)界工作。當(dāng)時(shí)我在想什么事情對我來說最重要，這個方法也跟大家去分享，如果你不知道什么對你最重要，你假設(shè)明天是你最后一天，你還有什么事情沒做完，你會感覺特別遺憾。
2017年的時(shí)候，我當(dāng)時(shí)想如果這本書沒寫完，我會特別遺憾，可能對我個人損失沒有太大，更多是我能不能把十幾年的知識沉淀下來，分享給這個社會。
我遇到很多同行專家，也有幾個院士跟我提到，希望我把智能城市操作系統(tǒng)寫出來，這是對行業(yè)有幫助的。從我寫完這文章之后，大家再搜一下城市操作系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)有很多家也推出來了各自的城市操作系統(tǒng)。我覺得能夠幫到行業(yè)、大家共同進(jìn)步、也是一個對社會的貢獻(xiàn)。 （雷鋒網(wǎng)雷鋒網(wǎng)）
鄭宇博士
京東集團(tuán)副總裁、IEEE Fellow、美國計(jì)算機(jī)學(xué)會杰出科學(xué)家，具有超15年中美領(lǐng)先科技公司的管理和產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，是城市計(jì)算領(lǐng)域的先驅(qū)和奠基人，也是大數(shù)據(jù)、人工智能領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物和實(shí)踐者。
他還是上海交通大學(xué)講座教授、南京大學(xué)、香港科技大學(xué)等多所知名高校的客座教授。他擔(dān)任人工智能頂尖國際期刊ACM TIST的主編、IEEE智能城市操作系統(tǒng)國際標(biāo)準(zhǔn)組主席、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃-智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)重大專項(xiàng)首席科學(xué)家、總負(fù)責(zé)人。
加入京東后，他開創(chuàng)了京東智能城市業(yè)務(wù)板塊，從0到1搭建了業(yè)務(wù)體系，為全國60多個城市提供了技術(shù)服務(wù)。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)和研發(fā)的城市操作系統(tǒng)成為雄安智能城市建設(shè)的數(shù)字基石；他作為總負(fù)責(zé)人在南通建設(shè)了中國第一個市域治理指揮中心，成為市域社會治理現(xiàn)代化的國家級標(biāo)桿。
2013年，他被MIT科技評論評為全球杰出青年創(chuàng)新者（TR35）；2014年，被美國《財(cái)富》評選為中國40位40歲以下商界精英。2019年，作為大陸首位受邀學(xué)者，他在國際人工智能頂尖會議AAAI上發(fā)表主旨演講。2021年，根據(jù)AI2000的權(quán)威排名，鄭宇博士在數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域的學(xué)術(shù)影響力位列中國第一。同年5月，因在智能城市領(lǐng)域作出杰出貢獻(xiàn)，鄭宇博士被授予首都勞動獎?wù)隆?/p>
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